4629

СН3

Эти изомеры сильно отличаются по свойствам, а именно, атактический полипропилен – каучукоподобный, хорошо растворим в диэтиловом эфире; изотактический – твердый продукт, плохо растворимый в органических растворителях.

Свойства: полимер устойчив к действию кислот и щелочей, воды, минеральных масел. Стареет при солнечной радиации, менее морозостойкий, чем полиэтилен.

Применение: изготовление прочных прозрачных пленок, волокон, деталей и пенопластов.

Полиизобутилен (−СН2−С(СН3)2−)n – получают только катионной полимеризацией (радикальный механизм не протекает).

Полиизобутилен (мол. масса > 300 000) - это каучукоподобный эластичный материал, но не способен к реакции вулканизации («сшивке» молекул).

Свойства: низкая прочность, высокая эластичность и морозостойкость, хорошая стойкость к агрессивным средам, кислотам, щелочам. Высокая морозостойкость обусловлена низкой температурой стеклования (−75 °С).

Недостатки: пластичность (он «течет» даже под действием собственного веса) и растворимость в углеводородах, сероуглероде, галоидопроизводных углеводородах при обычной температуре.

Применение: пленочные материалы, гидроизоляционные и герметизирующие материалы для уплотнения горизонтальных и вертикальных швов в панельных зданиях, клеи, липкие ленты, герметики, замазки, прокладки, мастики.

Полистирол (−СН2−СН−)n

│

С6Н5

Получают радикальной полимеризацией стирола (винилбензола), так как по ионному механизму получается малая молекулярная масса. Полистирол является твердым прозрачным материалом.

Свойства: высокие механические свойства, хорошие водо-, кислото- и щелоче-стойкость. Наиболее стойкий к ионизирующим излучениям полимер.

Недостатки: низкая теплостойкость и хрупкость при ударных нагрузках (ударная вязкость колеблется в пределах 50-150 МДж/м2).

Применение: облицовочные плиты, гидроизоляционные пленки, теплоизоляционные материалы (пенополистирол), пенопласты, пропитка древесины для придания прочности и гидрофобности.

Синтетические каучуки

Синтетические каучуки - продукты полимеризации и сополимеризации различных ненасыщенных углеводородных мономеров: изопрена, дивинила (бутадиена), хлоропрена, акрилонитрила и др. Может использоваться радикальная или ионная полимеризация.

Различают следующие виды синтетических каучуков.

Изопреновый: n СН2=С(СН3)–СН=СН2 → [–СН2–С(СН3)=СН–СН2–]n Этот каучук является в основном транс-1,4-полиизопреном. При полиме-

ризации изопрена в отсутствие стереохимического контроля возможно образование различных полимерных продуктов. Использование катализаторов Цигле- ра-Натта позволяет получить каучук, практически идентичный натуральному.

Свойства: отличная эластичность по отскоку; очень хорошая прочность на раздир и истирание, прочность на разрыв; хорошая электроизоляционная стойкость; хорошая водостойкость, очень низкая стойкость к маслам, бензинам и углеродным растворителям. Вследствие высокой непредельности способен «сшиваться».

Недостатки: плохая стойкость к высокой температуре, озону и солнечному свету; повышенная липкость и текучесть, что затрудняет транспортировку, хранение и сборку изделий.

Применение: типичный каучук общего назначения, заменитель натурального каучука, применяют для изготовления шин (часто в смеси с другими каучуками), резиновых лент, рукавов, обуви, презервативов.

Бутадиеновый: n СН2=СН–СН=СН2 → [–СН2–СН=СН–СН2–]n,

При радикальной полимеризации звенья мономеров могут присоединяться в положениях 1,4 и 1,2.

Кроме того, для полимеров, содержащих в основной цепи двойные связи характерна цис-транс изомерия, заключающаяся в характере расположения заместителей относительно двойных связей цепи:

Бутадиен-стирольный: сополимер бутадиена и стирола, содержание последнего составляют 25-35 %.

Свойства: бутадиен-стирольный каучук не стоек к действию масел, топлив, растворителей и обладает умеренной стойкостью к действию слабых кислот и щелочей.

Применяется для производства различных резинотехнических изделий, шин, а также в виде латекса для приготовления красок, клеев, гидроизоляционных мастики и в полимерцементных бетонах.

Бутадиен-нитрильный: сополимер бутадиена и акрилонитрила (содержание последнего 18-40%).

СН2=СН–СН=СН2 и СН2=СН–C≡N

Свойства: каучук имеет повышенную устойчивость к действию масел, жиров, алифатических углеводородов, но хорошо растворяется в кетонах и ароматических углеводородах.

Применяется для изготовления различных уплотнителей, получения клеев и используется в качестве пластификатора термопластичных и термореактивных полимеров.

Хлоропреновый каучук: n СН2=ССl–СН=СН2 → (–СН2–ССl=СН–СН2–)n.

Высокие механические свойства и клейкость, стойкость к воздействиям кислорода, света, кислот и щелочей. Отличительными свойствами этого каучука являются его самозатухающая способность при удалении огня, а также мас- ло-, бензостойкость и повышенная газонепроницаемость.

Недостатки: низкая морозостойкость и повышенная склонность к кристаллизации при нормальной температуре.

Применяют для изготовления гидроизоляционной пленки, оболочек, профилей уплотняющих лент для заделки стыков и клеев.

Акриловый каучук получают сополимеризацией эфиров акриловой кислоты (этилакрилат или бутилакрилат) с виниловыми мономерами (акрилонитрилом или 2-хлорэтиловым эфиром).

Он не содержит ненасыщенных звеньев, поэтому не вулканизуется серой. Акриловый каучук обладает высокой стойкостью к действиям тепла, кислорода, озона и различных масел.

Недостатки: низкая морозостойкость, малая эластичность при нормальных температурах, недостаточная стойкость к горячей воде.

Используют для производства прокладок, трубок, уплотнительных колец и других изделий, а также для изготовления латексов.

Синтетические каучуки широко используются в виде латексов, представляющих водные дисперсии полимеров. Латексы это сложные коллоидные системы, состоящие из каучука, воды, эмульгатора, электролитов и других добавок. Латексы обычно имеют сферическую форму частиц, их средний диаметр колеблется в пределах 50-180 нм.

В настоящее время наибольшее распространение получили бутадиенстирольные, бутадиен-нитрильные, хлоропреновые, акриловые латексы. Они широко используются для приготовления клеевых, грунтовочных, штукатурных, полимерных составов, мастик для бесшовных покрытий пола.

Полимерные галогенпроизводные углеводородов

Поливинилхлорид ( -СН2-СНСl-)n – получают из винилхлорида радикальной полимеризацией в блоке, по ионному механизму - суспензионной и эмульсионной полимеризацией.

Выпускается в виде порошка белого цвета с размерами зерен 0,01-0,10

мм.

Свойства: высокие механические свойства (прочность, упругость, твердость), низкая водопоглощаемость и устойчивость к воздействию кислот и солей, спирта, бензина, смазочных масел.

Недостатки ПВХ: низкая теплостойкость (температура размягчения 70 ºС), что приводит к снижению прочности при повышении температуры; ползучесть полимера под влиянием длительного действия нагрузки; низкая химическая стойкость к окислительным средам и концентрированным щелочным растворам и изменение цвета полимера под влиянием атмосферных воздействий. При нагревании этого полимера до 150 ºС он разлагается с выделением хлористого водорода.

Применение: в больших количествах в деревообработке и мебельной промышленности, строительстве - профильные детали выдвижных ящиков, фурнитуру мебельных изделий. Вспененный ПВХ в производстве мягкой мебели и каркасов мебельных изделий. Листовой ПВХ используют для облицовывания ДСП и др. материалов, покрытия полов жилых и производственных помещений в виде различных видов линолеума, плиток для полов, труб, погонажных изделий (плинтусов, поручней), оконных и дверных переплетов, облицовочных панелей типа "Сайдинг", ячеистых теплоизоляционных и гидроизоляционных материалов.

Для повышения теплостойкости ПВХ его дополнительно хлорируют и получают перхлорвинил с содержанием хлора 60-80 %. Его используют для получения фасадных красок, составов для антикоррозионных защитных покрытий металлов.

Политетрафторэтилен [-CF2-CF2-]n и др. фторполимеры обладают уникальными свойствами – морозостойкость, высокая теплостойкость, универсальная стойкость к агрессивным средам, хорошие диэлектрические и антифрикционные свойства, что объясняется высокой прочностью связи С-F.

Политетрафторэтилен или фторопласт получат радикальной полимеризацией в суспензии, эмульсии в массе.

Используют в производстве древесных и декоративных бумажных пластиков в качестве разделительного высокотемпературного слоя, нанесенного на металлические прокладки и формы для защиты от коррозии и прилипания к металлу.

1. Полимеры акриловой и метакриловой кислот: полиакрилат, полиметилметакрилат

Полиметилметакрилат (-СН2-ССН3СООСН3-)n - продукт полимеризации метилового эфира метакриловой кислоты.

Свойства: прозрачный материал, пропускающий до 74 % УФ лучей, высокие механические свойства, легко поддается механической обработке, устойчив к действию слабых кислот, щелочей и солей, не растворяется в бензине и маслах и обладает достаточно высокой атмосферостойкостью. Растворяется в органических полярных pастворителях (ацетоне, дихлорэтане). При возгорании полиметилметакрилат горит светящимся не коптящим пламенем, выделяя резкий запах.

Применяется для производства смотровых и оптических стекол, панелей, пленок, лаков. Латексы ПММА применяют в производстве древесных плит в качестве клея и отделки плит. Листовой ПММА используется в мебельной промышленности для изготовления столов, стульев и др.

Полимеры акриловой и метакриловой кислот имеют ограниченное применение, в то время как полимеры эфиров, нитрилов и амидов этих кислот широко применяются.

Полиакриламид [-CH2-CH-]n широко применяется для повышения качества бумаги, а также для модификации амино- и фенолоформальдегидных полимеров. Добавление ПАА улучшает клеящую способность крахмальных и декстриновых клеев.

Полиакрилонитрил [-CH2-CH-]n CN

Применяется для изготовления волокон для технических тканей (фильтры, специальный войлок), транспортных лент, наполнителя слоистых пластиков.

Широко используется в различных сополимерах.

2. Полимерные спирты и сложные эфиры: поливиниловый спирт, поливинилацетат

Используются в ДО промышленности в качестве клеев, модификаторов и пропиточных составов при изготовлении синтетического шпона, пленок и др.

Поливинилацетат ( -СН2-СНСООСН3-)n - продукт полимеризации винилацетата, сложного эфира уксусной кислоты и винилового спирта.

Свойства: бесцветный прозрачный полимер, обладающий высокой светостойкостью, хорошей адгезией к различным материалам; он не растворим в бензине, керосине, маслах.

Недостатки: низкая водостойкость и малая эластичность, для повышения которой в него вводят пластификатор. Полимер растворим в спирте, ацетоне и сложных эфирах.

Применяется ПВА в качестве клеящего пленкообразующего компонента при производстве клеев, лаковых покрытий, а также в дисперсионных красках и мастиках.

Поливиниловый спирт (-СН2-СН-)n

ОН Получают его гидролизом (омыление) ПВА, т.к. виниловый спирт не су-

ществует в свободном состоянии:

R-CH2-CH-CH2-CH-…+ n NaOH → R-CH2-CH-CH2-CH-…+ n CH3COONa

Свойства: кристаллический полимер, нерастворим в холодной воде, хорошо пластифицируется глицерином, и др. спиртами, стойкий к действию масел, жиров, орг. растворителей.

Применение: каучукоподобные изделия, пленки, волокна, бензомаслостойкие шланги, прокладки, клеи лаки. Модификация формальдегидных полимеров.

Библиографический список

Основная литература

1.Азаров, В.И. Химия древесины и синтетических полимеров [Текст] : Учебник, / Азаров В.И., Буров А.В., Оболенская О.В. – 2-е изд, испр. – СПб.;М.; Краснодар : Изд-во «Лань», 2010. – 624 с. - Электронная версия в ЭБС «Лань».

Дополнительная литература

2.Семчиков, Ю. Д. Введение в химию полимеров [Текст] : / Ю. Д. Семчиков, С. Ф. Жильцов, С. Д. Зайцев. - СПб.; М.; Краснодар : Лань, 2012. - 224 с.

3.Кленин, В. И. Высокомолекулярные соединения [Текст] : учеб. / В. И. Кленин, И. В. Федусенко. - Изд. 2-е, испр. - СПб.; М.; Краснодар : Лань, 2013. - 512 с.

4.Ходосова, Н.А. Полимерные композиционные материалы [Электронный ре-

сурс]: методические указания к лабораторным работам для бакалавров по направлению подготовки 35.03.02 – Технология лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств (с элементами УИРС) / Н. А. Ходосова, Л.А. Новикова, А.И. Дмитренков ; М-во науки и высшего образования РФ, ФГБОУ ВО «ВГЛТУ». – Воронеж, 2018. – 40 с.- Электронная версия в ЭБС ВГЛТУ.

5. Ходосова, Н.А. Полимерные композиционные материалы [Электронный ресурс]: методические указания для самостоятельной работы студентов по направлению подготовки 35.03.02 – Технология лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств / Н. А. Ходосова, Л.А. Новикова, А.И. Дмитренков ; М-во науки и высшего образования РФ, ФГБОУ ВО «ВГЛТУ». – Воронеж, 2018. – 23 с. - Электронная версия в ЭБС ВГЛТУ.

Ткачева Ольга Анатольевна Ходосова Наталья Анатольевна Новикова Людмила Анатольевна Дмитренков Александр Иванович

Полимерные композиционные материалы

Тексты лекций

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова»

РИО ФГБОУ ВО «ВГЛТУ». 394087, г. Воронеж, ул. Тимирязева, 8.